3405

Теплотехнический расчет теплопередач

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку Плоская стальная стенка толщиной. Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ....

Русский

2012-10-31

58.57 KB

274 чел.

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой , а с другой стороны – водой с температурой .

Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ.

Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покроется слоем накипи толщиной δн; коэффициент теплопроводности накипи .

Построить температурные графики в R,t и x,t - координатах.

Объяснить, в чем состоит вред отложения накипи на стальных поверхностях нагрева.

Исходные данные:

Решение

Выполним расчет для двух случаев:

  1.  при отсутствии накипи;
  2.  при наличии накипи.

  1.  Первый случай – чистая стальная стенка
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех  процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  Плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде описывается законом Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда,

температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны воды:


  1.  Второй случай – стальная стенка покрытая слоем накипи
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок  и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех трёх процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через слой накипи по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде по формуле    Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда, температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны накипи:

температура стенки со стороны воды:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности стенки:

б) стенки:

в) накипи:

г) от накипи к жидкости

Ответ:


Заключение

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготовляют теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.

В решении задачи отражено, что температура стальной стенки со стороны газов, имеющая слой накипи толщиной 1 мм, нагревается на 4 градуса больше, чем чистая стальная стенка.


Задача №2. Расчет теплопередачи через

цилиндрическую многослойную стенку

Паропровод с наружным диаметром  и внутренним  покрыт двумя слоями тепловой изоляции с наружными диаметрами  и . Внутренний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности ; наружный – из материала с . Коэффициент теплопроводности стенки паропровода . Температура пара  и окружающего воздуха . Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке ; от стенки к воздуху - .

Определить линейный коэффициент теплопередачи  линейную плотность теплового потока , общее линейное термическое сопротивление теплопередачи и температуры всех поверхностей.

Построить температурный график в d,t и R,t – координатах.

Примечание: задачу решать при условии, что длина паропровода значительно больше его толщины; лучистым теплообменом пренебречь.

Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.

Исходные данные:

Решение

  1.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Линейная плотность теплового потока:

  1.  Полное термическое сопротивление

  1.  Температуры поверхностей:

Температуры поверхностей соприкосновения паропровода со слоями изоляции найдем из уравнений плотности теплового потока:

  1.  от пара к внутренней поверхности паропровода по закону Ньютона -Рихмана:

  1.  от внутренней к наружной поверхности паропровода, обусловленная теплопроводностью по закону Фурье:

  1.  от наружной поверхности паропровода к первому слою изоляции по закону Фурье:

  1.  от первого слоя изоляции ко второму по закону Фурье:

Отсюда необходимые значения температур равны:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности трубы:

б) стенки:

в) первого изолятора:

г) второго изолятора:

д) от второго изолятора к окружающей среде:

Ответ:


Заключение

Коэффициент теплоотдачи α характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.д.).

Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).

Разница между теплоотдачей α и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Кузовлев В. А.  Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
  2.  Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г.М.  Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1999.
  3.  Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.
  4.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2010.
  5.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2005.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14696. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ 40.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ Вероятность того что за данный промежуток времени ∆t распадётся k атомов из n равна где pk – число групп из n атомов в каждой из которых произошло к радиоактивных распадов a q об
14697. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ 408 KB
  Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками волновых процессов; изучить условия образования и особенности стоячей волны; определить скорость звука в воздухе метод...
14698. Определение характеристик двухполюсных резистивных элементов 189.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Определение характеристик двухполюсных резистивных элементов Цель работы: Генератор и нагрузка собираются по схеме звезды. Исследуются зависимые и независимые схемы соединения генератора и нагрузки. Объект и средства измерения:
14700. Определение характеристик пассивных элементов в цепи постоянного тока 52.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Определение характеристик пассивных элементов в цепи постоянного тока Цель работы: Овладеть методикой измерения сопротивлений и определения вольтамперных характеристик пассивных двухполюсников Объект и средства измерения: Об...
14701. Определение характеристик пассивных элементов в цепи переменного тока 58 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Определение характеристик пассивных элементов в цепи переменного тока Цель работы: Определение параметров пассивных двухполюсников при переменном токе. Объект и средства измерения: Объектом исследования служат двухполюсны
14702. Національна етика. Сімейна етика. Релігійна етика. Біоетика 76 KB
  Моральний зміст відношення до природи як до мети і засобу людської діяльності. Рослинний і тваринний світ як морально-естетичне багатство людства. Завдання та взаємодія екологічного і етичного виховання
14703. Медицинская реабилитация после эндопротезирования коленного сустава 98 KB
  Цель реабилитации — оптимальное восстановление функций тотально замещенного сустава и статодинамической функции конечности в целом, а также приобретение самостоятельности в быту, способности к профессиональной деятельности, то есть полноценное функциональное, социально-бытовое и профессиональное восстановление.
14704. РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА 73.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА. Общие сведения. Реакции ионного обмена реакции связывания ионов которое происходит при образовании слабого или малорастворимого электролита. Реакции ионного обмена подчиняются всем закономерностям химическ